Como mecánico , sé inherentemente si hay una grieta en el escape de un vehículo antes del sensor de O2 (lambda), entrará aire fresco y hará que el sistema lea un falso estado pobre (significa pobre, contenido de oxígeno mayor que estoico). La lógica típica dictaminaría que, dado que el escape está bajo mayor presión que el aire exterior, el escape saldría por la grieta y no podría entrar aire exterior. Sin embargo, en la práctica, sé que el resultado es bastante diferente.
Según tengo entendido, el principio venturi entra en vigor aquí. Hay algo sobre cómo, cuando el aire pasa por un agujero (o la grieta en este caso), arrastrará el aire exterior junto con él. Algo que tiene que ver con la velocidad de los gases a medida que fluye sobre el orificio saliendo del orificio a medida que pasa por encima.
Mis preguntas son:
- ¿Tengo razón en que esto es un efecto venturi?
- ¿Alguien puede explicar el fenómeno exacto?
- ¿Existe una fórmula matemática que explique alguna de las relaciones? (es decir, el tamaño del orificio frente a la velocidad del escape produce esta cantidad de aire)
Entiendo que el principio de Bernoulli puede tener algo que ver con esto también. La parte sobre esto es que en todos los casos que he visto explicados, hablan de que existe la necesidad de que el fluido (escape en este caso) se acelere a medida que pasa por el orificio, provocando así una zona de baja presión en el agujero (términos profanos, lo siento) que creará un empate. Al leer esta Q / A se explica a través de este diagrama:
El diagrama y la pregunta adjunta tienen que ver con el casco de un barco y lo que le permite drenar el agua. En mi ejemplo de un escape, no hay ningún bulto / abultamiento / área que se extienda hacia el flujo de escape causando el cambio en la tasa de flujo del fluido … de hecho, debido a la turbulencia, probablemente lo ralentice.
Wikipedia no hace nada para ayudar con mi comprensión en esta situación.
Comentarios
- Tenga cuidado con la suposición de que un flujo más rápido significa una presión más baja (por ejemplo, consulte http://physics.stackexchange.com/q/290/59023 ). Las fuerzas producidas por las presiones van desde gradientes, que son normales / ortogonales (es decir, perpendiculares) hasta contornos de presión constante (por ejemplo, piense en mapas meteorológicos de sistemas de presión). La presión producida por los fluidos que fluyen se llama ram o presión dinámica y ejerce fuerzas paralelas a la dirección del flujo (generalmente) y es proporcional a la velocidad al cuadrado …
- @honeste_vivere – Y por qué haven ' ¿todavía no has escrito una respuesta?
- Dos razones: 1) Deseando recordar los matices de los sistemas de escape [no son ' simples, como creo que ya saben]; y 2) el tiempo no es mi amigo en este momento …
- Hay numerosos problemas con las líneas de escape, como se discutió brevemente en los comentarios debajo de esta pregunta http://physics.stackexchange.com/q/272547/59023 . Parte de mi reticencia a responder se expresa además en los problemas planteados en http://physics.stackexchange.com/a/72603/59023 …
- El problema es que no conozco la forma o geometría del agujero y cuándo ocurre la fuga / infiltración de aire. Por ejemplo, el flujo de aire en una línea de escape no es un flujo constante hacia afuera de un fluido, hay ondas de reflexión y rarefacción que rebotan allí y causan ondas de sobrepresión y subpresión. Por lo tanto, puede ser que entre aire cuando el pulso de rarefacción pasa por el orificio, lo que provoca un gradiente de presión local entre el exterior y el interior de la línea de escape. Hay muchos problemas posibles …
Respuesta
Espero que obtenga una respuesta mejor que esta de un experimentalista. Esto siempre fue lo que entendí, pero como estudio por mi cuenta, nunca hay un profesor cerca cuando lo necesitas. (No me quejo, solo digo que es todo 🙂
La parte que no sigo es que la imagen de abajo muestra una constricción obvia, mientras que una grieta en, digamos, la caja de escape / silenciador trasero de diámetro constante, es solo una grieta, no un estrechamiento.
De todos modos, el efecto venturi tiene sentido para mí en términos del movimiento de las moléculas de aire.
Al entrar en la parte estrecha, las moléculas de aire deben acelerarse para mantener la continuidad del flujo.Entonces, en lugar de ejercer presión aleatoriamente en todas direcciones, ahora muchos de ellos son forzados en la dirección a lo largo del eje largo del escape, por lo que hay menos disponibles para «apuntar» hacia arriba, por lo que la presión estática cae y el aire exterior fluye hacia adentro.
La caída de presión teórica en la constricción viene dada por la siguiente fórmula, que se basa en la ecuación de Bernoulli:
$$ {\ displaystyle p_ {1} -p_ {2} = {\ frac {\ rho} {2}} \ left (v_ {2} ^ {2} -v_ {1} ^ {2} \ right)} $$
donde $ {\ displaystyle \ scriptstyle \ rho \,} $ es la densidad del fluido, $ {\ displaystyle \ scriptstyle v_ {1}} $ es la velocidad (más lenta) del fluido donde la tubería es más ancha, $ {\ displaystyle \ scriptstyle v_ {2} } $ es la velocidad (más rápida) del fluido donde se estrecha la tubería.
Respuesta
La siguiente respuesta es especulativa.
No sé qué hay exactamente dentro del tubo de escape que pueda ofrecer resistencia al flujo de gases, así que supongo que el tubo de escape es solo un tubo hueco. Si este es el caso, la presión (estática) de los gases de escape dentro de la tubería estará muy cerca de la presión atmosférica, solo un poco más alta (lo suficiente para superar la resistencia viscosa dentro del flujo). Cuando la tubería se rompe, se puede formar una región que se arremolina a raíz de la pieza rota, y el flujo, al ser turbulento, puede aspirar el aire atmosférico, mientras que simultáneamente el escape se escapa de la región rota al ambiente. En otras palabras, creo que el efecto que ha observado se debe más al arrastre turbulento que al efecto venturi.